朱小慧，馬君紅，劉鋒博，別芳潔，李 夢，劉絢霞

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100)

中國冬油菜種植集中在長江流域和云貴高原地區(qū)，主要以種植甘藍(lán)型油菜為主，約占全國油菜栽培總面積和產(chǎn)量的90%以上[1-2]。近年來，冬油菜種植區(qū)域已經(jīng)逐漸向西北地區(qū)拓展[3]，但由于西北地區(qū)干旱少雨，導(dǎo)致冬油菜在秋播時土壤水分含量少而影響出苗及苗期生物體的形態(tài)建成，越冬性差[4]。甘藍(lán)型油菜在3種類型油菜中栽培面積最廣，其產(chǎn)量、含油量及品質(zhì)均高于白菜型和芥菜型油菜[5]，但其耐旱性較差，無法適應(yīng)干旱的環(huán)境，因此篩選出抗旱性較強(qiáng)的甘藍(lán)型油菜種質(zhì)材料對于提高西北地區(qū)油菜產(chǎn)量具有重要的意義。

植物在遭受干旱脅迫時，會改變自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生一系列的生理、生化調(diào)節(jié)機(jī)制來適應(yīng)外界環(huán)境的變化[6]。前人研究中有許多形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)反映了油菜的抗旱性。Mut等[7]、Sankar等[8]研究顯示干旱脅迫下幼苗體內(nèi)含水量降低，且隨著滲透勢的變化呈現(xiàn)一定變化規(guī)律。牛遠(yuǎn)等[9]認(rèn)為根長、莖長、株高等形態(tài)指標(biāo)可以作為油菜抗旱性評價的核心指標(biāo)。此外，脯氨酸、丙二醛、過氧化物酶、過氧化氫酶等在干旱脅迫下同樣會有不同程度的升高或降低[10]。目前評價抗旱性的方法也有很多，如綜合抗旱系數(shù)、聚類分析、主成分分析等都可以作為評價抗旱性的依據(jù)[11]。然而，目前的研究中針對甘藍(lán)型油菜的抗旱性評價較少，且研究指標(biāo)相對單一。本研究以6個甘藍(lán)型油菜骨干種質(zhì)為材料，利用不同濃度的聚乙二醇6000(PEG-6000)溶液在其萌發(fā)期模擬干旱，對萌發(fā)特性以及生理指標(biāo)進(jìn)行測定分析及綜合評價。旨在驗證甘藍(lán)型油菜應(yīng)對干旱脅迫的能力，并篩選甘藍(lán)型油菜抗旱種質(zhì)材料，為甘藍(lán)型油菜抗旱育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗所用甘藍(lán)型油菜種質(zhì)材料是從5 000份種質(zhì)材料中篩選出的綜合性狀優(yōu)良的6個骨干材料，分別為XY1(中雙11選系)、XY2(陜油1309母本)、XY3(雜油77選系)、XY4(12-4R選系)、XY5(天油2266選系)、XY6(16NT8207選系)，均由西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院油菜課題組提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗以6個甘藍(lán)型油菜為材料，采用高滲透液干旱法，于2020年4—9月在西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行。選取大小均勻、無蟲害、顆粒飽滿的種子置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高錳酸鉀溶液中浸泡消毒30 min，去離子水洗凈，放置瀝干。備好的種子置于鋪有發(fā)芽紙的發(fā)芽盒中，每個發(fā)芽盒均勻放置100粒種子之后轉(zhuǎn)入光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度設(shè)定為光照/黑暗 25 ℃/20 ℃，各12 h交替進(jìn)行，光照度為4 800 lx，去離子水培養(yǎng)至破殼，胚根長1～2 mm時，進(jìn)行PEG干旱脅迫處理。試驗設(shè)置3個水分處理：PEG濃度為0%為正常供水(CK)處理、10%為中度脅迫(MS)處理、20%為重度脅迫(SS)處理，設(shè)3次重復(fù)，每隔2 d加10 mL PEG溶液，CK加10 mL去離子水，培養(yǎng)7 d，對幼苗進(jìn)行取樣測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 萌發(fā)特性 培養(yǎng)至第7天統(tǒng)計各處理的發(fā)芽數(shù)、成苗數(shù)，其中發(fā)芽以芽長>2 mm為標(biāo)準(zhǔn)，成苗以莖稈直立，子葉平展且由淡黃轉(zhuǎn)為綠色為標(biāo)準(zhǔn)，并計算發(fā)芽率、成苗率以及成苗傷害率。同時選取各處理長勢均勻的10株幼苗用直尺測量主根長、苗高，取平均值，計算苗高傷害率。

傷害率=(CK-處理)/CK×100%

1.3.2 生理指標(biāo) 選取各處理長勢均勻的幼苗剝掉種皮，取10株測量幼苗含水量，并計算含水率。脯氨酸(Pro)含量測定采用茚三酮法[12]、丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸[12]、超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法[13]、過氧化物酶(POD)活性測定方法為愈創(chuàng)木酚比色法[13]、過氧化氫酶(CAT)活性用紫外吸收法測定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016、SPSS IBM SPSS Statistics 26.0、Origin 2020對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯著性分析(LSD多重比較)和作圖。采用隸屬函數(shù)法對各油菜材料進(jìn)行綜合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對油菜幼苗萌發(fā)特性的影響

研究結(jié)果表明，隨著干旱程度的加劇，6個骨干材料的發(fā)芽率、成苗率、苗高呈下降趨勢，主根長呈先升后降趨勢(表1)。其中發(fā)芽率在MS處理下較CK有小幅度下降，差異不顯著；SS處理下，XY1和XY4顯著降低，降幅分別為CK的 5.33%、4.73%，XY2、XY3、XY5、XY6無顯著降低，說明發(fā)芽率受干旱的影響較小。各材料主根長在MS條件下顯著升高，以XY3增幅最大，為59.39%，其余材料增幅在15%～27%；SS條件下XY5較CK增加2.68%，XY1、XY2、XY3、XY4、XY6降低，可見XY5具有較強(qiáng)的生物量分配能力，兩種干旱處理下均能保持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。

表1 不同干旱脅迫下6個甘藍(lán)型油菜材料萌發(fā)特性

不同水分條件下6個材料的成苗率差異顯著，其中XY1成苗傷害率最高，MS、SS條件下分別為9.06%、88.25%，XY3、XY4、XY5、XY6次之，最小的為XY2。苗高的變化趨勢與成苗率基本一致，但處理間差異相對較小，表明干旱脅迫下XY1、XY4幼苗的形態(tài)建成受影響較大，XY2受影響較小，且不同油菜材料的萌發(fā)特性對干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。

2.2 干旱脅迫對油菜幼苗生理特性的影響

2.2.1 對油菜幼苗含水率的影響 6個骨干材料的含水率與PEG濃度呈負(fù)相關(guān)，在不同干旱程度下其降幅均達(dá)到顯著水平(圖1)。MS處理下，幼苗含水率較CK下降2%～6%，以XY4降幅最大，為5.16%；XY5、XY3、XY2降幅相對較小，在2.5%左右，表明中度干旱脅迫下XY5、XY3、XY2保水能力較好。SS處理后，幼苗含水率急劇下降，XY1、XY3、XY4、XY6降幅較大，與對照相比下降10%～13%；XY5和XY2降幅較小，分別為7.43%、7.22%，在重度干旱脅迫下同樣表現(xiàn)出較好的保水能力。

2.2.2 對油菜幼苗脯氨酸含量的影響 脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，逆境脅迫下能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢，提高抗逆性[14]。研究表明，Pro含量隨著干旱程度的加劇呈上升趨勢(圖2)。MS處理下，6個材料的Pro變化差異顯著，增幅為CK的3～8倍。SS處理下，XY3增幅最大，為CK條件下的23.15倍，滲透調(diào)節(jié)能力高于其他材料；XY1、XY2、XY5、XY6次之；增幅最小的是XY4，為CK的16.03倍，滲透調(diào)節(jié)能力較弱?？梢姼珊得{迫下Pro含量的變化可以在一定程度上反映出油菜抗旱性強(qiáng)弱。

2.2.3 對油菜幼苗丙二醛含量的影響 MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物，干旱脅迫下其含量的變化能夠反映出作物細(xì)胞膜受損傷程度[15]。研究結(jié)果表明干旱脅迫下6個油菜材料的MDA含量顯著升高(圖3)。其中XY1受影響最大，MS、SS處理下較CK分別增加40.67%、98.70%，差異顯著；其次為XY3、XY4、XY6，MS處理下增幅為 12%～25%，SS處理下增幅為32%～45%。對XY2和XY5影響較小，MS條件下較CK無顯著差異；SS條件下較CK分別增加20.74%、19.96%，達(dá)到顯著水平。

2.2.4 對油菜幼苗抗氧化酶活性的影響 隨著干旱程度的加劇，6個骨干材料的SOD、CAT、POD活性呈上升趨勢，活性氧清除能力增強(qiáng)。MS、SS條件下6個材料的SOD活性均高于對照，達(dá)到顯著水平，其中XY2增幅最大，較CK增加29.42%、45.85%，自由基清除能力加強(qiáng)；其次為XY5、XY6，兩種干旱處理下增幅分別為17.34%、44.28%和14.60%、42.76%；XY1、XY3、XY4增幅較小，MS處理下增加5%～10%，SS處理下增加11%～30%(圖4-A)。

6個油菜材料的CAT活性在干旱脅迫下顯著升高，其中XY4和XY6在MS處理下分別增加4.28%、4.73%，XY1、XY2、XY3、XY5增加幅度在10%以上。SS處理下CAT活性增幅進(jìn)一步加大，以XY5上升幅度最大，較CK增加 71.53%；XY2次之，增幅為70.02%；XY1、XY3、XY4、XY6增幅低于70%，H2O2清除能力較弱。(圖4-B)。

MS處理下，XY6的POD活性增加最為顯著，為CK的20.39%，其余5個材料增幅在10%以下，材料間差異顯著。SS處理下的POD上升幅度顯著大于MS，其升幅由大到小依次為XY2(31.35%)>XY6(30.37%)>XY5(23.62%)>XY3(16.24%)>XY4(15.64%)>XY1(12.89%)(圖4-C)。

2.3 油菜幼苗抗旱性綜合評價

利用隸屬函數(shù)法對各油菜材料的抗旱性進(jìn)行綜合評價(表2)，結(jié)果表明XY2和XY5的隸屬函數(shù)均值為0.76和0.72，抗旱性較強(qiáng)，主要表現(xiàn)為干旱脅迫下其含水率、SOD、CAT、POD的隸屬函數(shù)值較高，表明XY2和XY5有較強(qiáng)的保水能力和活性氧代謝調(diào)節(jié)能力，育種過程中可以通過提高其滲透調(diào)節(jié)能力進(jìn)一步提高抗旱性；XY6和XY3的隸屬函數(shù)均值為0.64和0.59，屬于中等抗旱型，但其抗旱機(jī)制不同，XY3在干旱時脯氨酸的隸屬函數(shù)值較高，具有較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力，活性氧代謝調(diào)節(jié)能力較差，XY6則相反；XY4和XY3隸屬函數(shù)均值為0.26和0.24，抗旱性較弱，綜合表現(xiàn)較差。

表2 6種甘藍(lán)型油菜材料各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

3 討論與結(jié)論

水分作為一種重要的環(huán)境信號，能夠調(diào)節(jié)作物萌發(fā)，直接或間接參與作物生長過程[16-17]。有關(guān)研究表明，干旱脅迫下，作物的形態(tài)建成、生長發(fā)育、生理生化特性等會受到不同程度影響[18-20]。本研究利用PEG溶液對6個甘藍(lán)型油菜材料進(jìn)行模擬干旱，結(jié)果表明出苗率和苗高會隨著干旱程度的加劇而顯著降低；但發(fā)芽率受干旱脅迫影響較小，在不同處理下均能保持較高水平；主根長呈先升后降趨勢，且抗旱性越好的材料受影響越小，這與田宏先等[21]的研究結(jié)果相似，說明水分脅迫時作物的同化物由地上部向根部聚集，促進(jìn)根的生長，但在重度脅迫下植物體的內(nèi)部環(huán)境受到損傷，根伸長受抑制[22]。

干旱脅迫時，形態(tài)指標(biāo)的變化會引起生理代謝的響應(yīng)，植物通過改變相關(guān)生理生化特性，提高自身的抗旱能力[9,21]。王藝陶等[23]研究表明植物的抗旱性通常與體內(nèi)含水率密切相關(guān)，能夠反映出作物的保水能力。本研究中各油菜材料的含水率在重度干旱下較CK降幅大小順序為：XY1>XY4>XY3>XY6>XY5>XY2，這與抗旱性綜合評價結(jié)果一致，表明抗旱性強(qiáng)的油菜材料保水能力越好，這與王藝陶等[23]研究結(jié)果 一致。

水分虧缺時，植物細(xì)胞內(nèi)滲透物質(zhì)的積累能夠降低滲透勢，維持細(xì)胞膨壓，體內(nèi)水分得以保持，適應(yīng)干旱的環(huán)境[4]。本試驗對6個油菜材料的脯氨酸含量進(jìn)行測定，結(jié)果表明，隨著干旱程度的加劇，油菜幼苗體內(nèi)的脯氨酸含量大量升高，抗旱性較強(qiáng)的油菜材料上升幅度更加顯著，因此可作為油菜抗旱性評價的指標(biāo)之一。但較前人研究不同的是，本研究中脯氨酸含量增幅更大，最高可為對照處理的23.15倍，具體原因還需進(jìn)一步研究驗證。

MDA是質(zhì)膜受攻擊的產(chǎn)物，能夠反映細(xì)胞膜受損傷程度[15]。試驗結(jié)果表明，水分虧缺時，MDA含量增加，其變化趨勢與油菜抗旱性呈負(fù)相關(guān)，說明干旱脅迫下抗旱性弱的骨干材料膜脂過氧化嚴(yán)重。為了降低自身的受傷害程度，植物體形成了相應(yīng)的抗氧化防御系統(tǒng)[19]。其中SOD作為抵抗氧化的第一道防線，能夠清除植物體內(nèi)自由基，CAT、POD是清除H2O2的酶，三者相互協(xié)同維持自由基含量處于動態(tài)平衡，從而抑制膜脂過氧化[24]。本研究中，SOD、CAT、POD活性在干旱脅迫下均有顯著升高，能夠有效地清除植物體內(nèi)的活性氧，且抗旱性強(qiáng)的油菜材料清除能力大于抗旱性弱的材料。此外，重度干旱下CAT增幅較POD、SOD大，說明CAT對H2O2的清除能力更強(qiáng)。

對6個甘藍(lán)型油菜材料進(jìn)行抗旱性綜合評價，其抗旱性順序為：XY2>XY5>XY6>XY3>XY4>XY1。綜上所述，水分虧缺時，油菜的生長發(fā)育受到抑制，從而產(chǎn)生一系列的生理調(diào)節(jié)機(jī)制來應(yīng)對干旱脅迫對自身的傷害，其中抗旱性強(qiáng)的油菜材料在萌發(fā)期能夠表現(xiàn)出較好的萌發(fā)特性、保水能力、滲透調(diào)節(jié)能力以及活性氧代謝調(diào)節(jié)能力。本研究為甘藍(lán)型油菜抗旱種質(zhì)評價及抗旱育種提供理論依據(jù)，但只從萌發(fā)期研究萌發(fā)特性和生理指標(biāo)具有片面性，應(yīng)進(jìn)一步針對油菜生長的不同時期，從多個角度探討油菜的抗旱機(jī)理。